通信機(jī)房溫度檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要 通信機(jī)房設(shè)備分密集、安全性要求高，要保證通信網(wǎng)絡(luò)安全、穩(wěn)定運(yùn)行，需實(shí)時(shí)監(jiān)測機(jī)房溫度。所以，設(shè)計(jì)了一款智能化、性價(jià)比高的通信機(jī)房溫度的檢測系統(tǒng)。由于傳統(tǒng)的溫度檢測系統(tǒng)測溫點(diǎn)少、兼容性和擴(kuò)展性差的缺點(diǎn)。文中設(shè)計(jì)主要運(yùn)用主從分布式通信思想，設(shè)計(jì)了應(yīng)用于測量通信機(jī)房溫度的檢測系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低、可靠性高、測溫精確等優(yōu)點(diǎn)，可以廣泛應(yīng)用于通信機(jī)房、蔬菜大棚的溫度控制、倉庫測溫等領(lǐng)域。
關(guān)鍵詞 溫度檢測；數(shù)字溫度傳感器；單片機(jī)；數(shù)據(jù)通信

    溫度檢測控制系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)研究和日常生活領(lǐng)域中，得到了廣泛應(yīng)用。直接受測量溫度控制的影響，生產(chǎn)安全、產(chǎn)品質(zhì)量等一系列問題，準(zhǔn)確的測量和機(jī)房溫度控制，對于獲得正確的科研數(shù)據(jù)和保證產(chǎn)品質(zhì)量都具有重要的意義。溫度檢測控制系統(tǒng)可以對生產(chǎn)環(huán)境的溫度進(jìn)行自動(dòng)控制，保證生產(chǎn)的自動(dòng)化、智能化能夠順利、安全進(jìn)行，從而提高企業(yè)的生產(chǎn)效率。
    本系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用DS18B20為溫度采集模塊，利用單片機(jī)及外圍電路構(gòu)成。可對通信機(jī)房環(huán)境溫度進(jìn)行合理檢測和適當(dāng)控制，以保證通信設(shè)備的正常運(yùn)行。此系統(tǒng)占用微處理器的端口比較少，可節(jié)省大量的引線和邏輯電路。與傳統(tǒng)裝置相比，具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低、可靠性高和測溫精度高、應(yīng)用廣泛等優(yōu)點(diǎn)。

1 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案
    本溫度檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)運(yùn)用分布式通信的思想，設(shè)計(jì)一種通信機(jī)房的多路溫度檢測系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過計(jì)算機(jī)和單片機(jī)編程，使智能溫度傳感器DS18B20正常工作，然后檢測通信機(jī)房的溫度，系統(tǒng)采用RS-232串行通信標(biāo)準(zhǔn)，通信機(jī)房的溫度采集通過下位機(jī)進(jìn)行。溫度數(shù)據(jù)既可以由下位機(jī)模塊實(shí)時(shí)顯示，也可以送回上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，如果采集的溫度值高于設(shè)定溫度報(bào)警上限溫度，系統(tǒng)即發(fā)出報(bào)警信號，并同時(shí)起動(dòng)制冷設(shè)備，使溫度下降，當(dāng)溫度系下降到一定的程度，即通信機(jī)房的溫度低于上限復(fù)位值時(shí)，立即關(guān)閉制冷設(shè)備。當(dāng)采集溫度值低于下限報(bào)警溫度值時(shí)，系統(tǒng)又發(fā)出報(bào)警信號，并同時(shí)起動(dòng)制熱設(shè)備，使通信機(jī)房的溫度上升，當(dāng)溫度上升到一定的程度，即高于下限復(fù)位值時(shí)，立即關(guān)閉制熱設(shè)備，從而使通信機(jī)房的溫度值維持在一定的范圍內(nèi)。具有檢測速度快、擴(kuò)展性能好、成本低的特點(diǎn)。實(shí)際采用電路總體方案如圖1所示。

2 電路的硬件設(shè)計(jì)
    系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)直接影響到系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)和終端的大小與外觀。根據(jù)系統(tǒng)所要實(shí)現(xiàn)的基本技術(shù)指標(biāo)，系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)主要由溫度檢測電路、LCD顯示電路、蜂鳴器報(bào)警電路、鍵盤控制電路、溫度控制電路、串行通信電路等幾部分組成。通信機(jī)房溫度檢測系統(tǒng)的硬件圖，如圖2所示。

    (1)溫度檢測電路設(shè)計(jì)。
    溫度傳感器選用DS18B20。DS18B20是由Dallas公司生產(chǎn)的“一線式”數(shù)字溫度傳感器，其全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形狀如三極管的集成電路以內(nèi)。DS18B20與其他的溫度傳感器相比較，DS18B20具有高精度、高可靠性、高性能、體積小、硬件開銷小、適用電壓更寬、更經(jīng)濟(jì)、更實(shí)用、抗干擾能力更強(qiáng)、附加功能更強(qiáng)的特點(diǎn)。DS18B20就是有獨(dú)特的1-wire接口、只有一個(gè)引腳進(jìn)行通信、數(shù)字溫度轉(zhuǎn)換輸出單總線的數(shù)據(jù)總線。最高分辨率是12位，測溫范圍為為-55～+125℃，測溫分辨率可達(dá)0．062 5℃。CPU能夠用一根數(shù)據(jù)線與多個(gè)DS18B20之間進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，其中，所使用微處理器的端口數(shù)量并不多，這樣引線的數(shù)量要求較少，邏輯電路的數(shù)目也少。系統(tǒng)中采用“一線總線”的數(shù)字傳輸方式，增加了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
    (2)主控芯片的選擇。
    設(shè)計(jì)中采用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)對溫度的檢測與控制。在單片機(jī)選擇方面，由于AT89系列單片機(jī)與MCS-51系列單片機(jī)的引腳和指令完全相互兼容。然而相對于AVR、ARM等高端一些的單片機(jī)而言，AT系列的結(jié)構(gòu)與指令方面相對簡單，價(jià)格也便宜，而且完全可以達(dá)到設(shè)計(jì)的控制要求，所以，首選AT系列的單片機(jī)作為控制核心。
    對于AT系列的單片機(jī)而言，常用單片機(jī)的基本類型有8種。AT89C51有4 kB的內(nèi)存存儲器，適用于本設(shè)計(jì)。系統(tǒng)中單片機(jī)選用的是AT89C51芯片，是由Atmel公司生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)型單片機(jī)。AT89C51單片機(jī)在其片內(nèi)有4 kB Flash閃速程序存儲器，可經(jīng)受1 000次以上的寫入／擦除周期，并有程序存儲器加密邏輯，給單片機(jī)產(chǎn)品的開發(fā)、應(yīng)用和生產(chǎn)帶來了便利。綜上所述，加之AT89C51單片機(jī)的價(jià)格相對便宜，因此控制核心部分選用AT89C51單片機(jī)。

3 系統(tǒng)軟件整體設(shè)計(jì)
    檢測系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)主程序調(diào)用了5個(gè)子程序，它們分別是溫度測試程序、鍵盤掃描及按鍵處理程序、LCD顯示程序、中斷控制程序、單片機(jī)與PC機(jī)串口通訊程序。溫度測試程序的主要功能是對溫度芯片送來的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，進(jìn)行判斷和顯示。鍵盤掃描電路及按鍵處理程序的主要功能是實(shí)現(xiàn)溫度通過鍵盤輸入，按鍵識別以及相關(guān)的溫度處理。LCD顯示程序的主要功能是利用數(shù)碼顯示傳送的數(shù)據(jù)，控制系統(tǒng)的顯示部分。中斷控制程序主要實(shí)現(xiàn)循環(huán)顯示功能。串口通訊程序的功能是實(shí)現(xiàn)PC機(jī)與單片機(jī)之間的通信，然后將溫度數(shù)據(jù)傳送給PC機(jī)。
    主程序流程：首先系統(tǒng)進(jìn)行初始化賦值，依次調(diào)用溫度顯示子程序，鍵盤掃描子程序，然后把采集來的溫度和預(yù)先設(shè)定的溫度進(jìn)行比較，做出相應(yīng)的處理，比如高溫報(bào)警、低溫報(bào)警。最后把采集的溫度值以及處理命令通過串口通信傳送到PC機(jī)，同時(shí)PC機(jī)也可以遠(yuǎn)程進(jìn)行控制。

4 結(jié)束語
    通信機(jī)房的多路溫度檢測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要是包括系統(tǒng)的構(gòu)成、系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)、系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)等。利用主從分布式的思想，由一臺上位機(jī)和多個(gè)下位機(jī)組成兩級分布式通信機(jī)房的多路溫度測量的巡回檢測系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)溫度的采集與控制，具有溫度數(shù)碼顯示、高溫報(bào)警、數(shù)據(jù)傳輸與存貯、打印數(shù)據(jù)曲線、遠(yuǎn)程控制等功能。系統(tǒng)利用PC機(jī)作為上位管理機(jī)，使用軟件制作了較為人性化的溫度控制操作界
面，從而提高了系統(tǒng)的可視化程度，方便了用戶的使用。系統(tǒng)通過上位機(jī)控制下通過下位機(jī)進(jìn)行現(xiàn)場溫度數(shù)據(jù)采集，采集的溫度數(shù)據(jù)既可以通過RS-232總線傳送給主控PC機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，屏幕顯示或數(shù)據(jù)打印，也可以由下位機(jī)單獨(dú)工作，由LCD實(shí)時(shí)顯示各點(diǎn)的現(xiàn)場溫度。